Hogares y Quemadores

Definición de Hogar

Un hogar es el lugar donde se produce la combustión. Sus funciones principales son:

• Quemar completamente el combustible.
• Enfriar los gases de combustión.
• Confinar la combustión (adiabática).
• Mantener una temperatura constante para una combustión completa.
• Recircular gases para reducir inquemados y redirigir el flujo.

Parámetros fundamentales:

• Tipo de combustible.
• Cantidad de aire (n/e).
• Velocidad de combustión.

Quemadores de Carbón Pulverizado

En los hogares de carbón pulverizado, una buena molienda es fundamental para lograr una correcta suspensión de partículas. La regulación de potencia se simplifica con este método.

Características:

• Menor cantidad de inquemados.
• Menor cantidad de aire para la combustión.
• Mayor cantidad de cenizas volantes.
• Sustitución de las parrillas por quemadores.

Tipos de Molinos para Molienda de Carbón:

• Molino de bolas.
• Molino de bolas toroidales.
• Molino de rodillo giratorio.
• Molino de impacto.

Quemadores para Combustibles Líquidos

Los combustibles líquidos se queman de dos maneras:

• Vaporizando el combustible y quemándolo como un gas.
• Pulverizándolo en gotas pequeñas (10-200 µm) que se evaporan con el calor y la turbulencia de la llama.

Tipos de Quemadores para Combustibles Líquidos:

• Quemadores de gasificación.
• Quemadores de pulverización:
  • Mecánicos: El combustible líquido pasa por orificios pequeños a gran velocidad tras ser comprimido a alta presión.
  • Fluido auxiliar: Un fluido auxiliar (vapor, aire comprimido o gas combustible) atomiza el combustible.
  • Copa rotativa: El combustible fluye al interior de una copa cónica o cilíndrica que gira a alta velocidad (8000 rpm) para atomizarlo.

El quemador debe facilitar la mezcla combustible-comburente:

• En la proporción adecuada para el tipo de combustión deseado (estequiométrica, oxidante o reductora).
• Con la velocidad adecuada para equilibrar la mezcla con la propagación de la llama y mantenerla estable.
• Con el caudal adecuado para la potencia calorífica deseada.

Fórmulas:

• Potencia Quemador = Potencia Caldera / Rendimiento
• Consumo Másico = Potencia Quemador / Rendimiento
• Consumo Volumétrico = Consumo Másico / Densidad
• Calibre Boquilla = Consumo Volumétrico / (3.785 * (Presión Pulverización / Presión Referencia)^1.2)
• Rendimiento Combustión (RG) = 100 – F((Temperatura final – Temperatura ambiente) / CO2)

Formación de Inquemados

La geometría de la llama, en función de la potencia y el combustible, no debe tocar las paredes ni el fondo del hogar.

• Si toca la pared:
  • Hogares refrigerados (fríos): inquemados.
  • Hogares con ladrillos refractarios (calientes): reacción y erosión.

Otras causas:

• Excesiva velocidad del combustible.
• Condiciones no óptimas (temperatura o mezcla).

Aire Primario: Necesario para la combustión, entra por la parrilla o con el combustible.

Aire Secundario: Entra por los laterales para quemar la materia volátil del carbón. En carbón pulverizado, genera un movimiento rotacional.

Temperaturas en el Hogar

Temperatura teórica de la combustión: Temperatura alcanzada en combustión estequiométrica y adiabática, sin interacción con las paredes. Es característica de cada combustible.

Temperatura adiabática de la combustión: Temperatura alcanzada en condiciones adiabáticas. Depende del exceso de aire.

Temperatura de régimen del hogar: Temperatura real en el hogar, considerando la conducción y radiación de calor. Coincide con la temperatura de salida de los humos.

Temperatura real de la llama: Resultado de la interacción entre las temperaturas anteriores. Depende del combustible y del hogar.

Fórmula:

1 * Calor específico a presión constante (combustible) * Temperatura combustible + n * Peso aire * Calor específico a presión constante (aire) * Temperatura ambiente + (1 – Pérdidas) * Poder Calorífico Inferior = (1 + Exceso aire * Peso aire – Cenizas) * Calor específico a presión constante (gases hogar) * Temperatura gases hogar

Clasificación de Hogares (UNE 9006:1992)

Según la situación:

• Interiores: Forman parte integral de la caldera.
• Exteriores: Se ubican fuera de la caldera, conectados por un conducto.

Según la temperatura de las paredes:

• Secos: Paredes refractarias a temperaturas cercanas a la combustión.
• Húmedos: Paredes refrigeradas por el fluido, a temperatura cercana a la de servicio.
• Semisecos: Intermedios entre secos y húmedos.

Según el estado físico del combustible:

• Sólidos: Manuales o automáticos. Pulverizados o no pulverizados (parrilla plana, inclinada, fija o móvil).
• Líquidos/Gaseosos/Mixtos.

Según la presión de trabajo:

• Depresión (Presión interior < Presión atmosférica): Tiro natural o inducido.
• Presurizados (Presión interior > Presión atmosférica): Tiro forzado.

Según la alimentación:

• Frontal (longitudinal).
• Lateral (transversal).
• Superior (descendente).
• Inferior (ascendente).

Según la forma de combustión:

• Suspensión.
• Parrilla.
• Combinada.
• Lecho fluidificado.

Sistemas de Cargadores (Parrillas)

• Fijas: Plana fija / Inclinada fija.
• Mecánicas: Móvil o de cadena / Vibratoria (oscilante, articulada) / Alimentación inferior.

Quemadores

Definición y Clasificación

Distribuyen el combustible y el comburente de forma homogénea. El chorro se regula variando la presión.

Clasificación:

• Sólidos (carbón pulverizado).
• Líquidos.
• Gaseosos.
• Mixtos.
• Con recuperación de calor.
• Con enriquecimiento de oxígeno.
• De emulsión (fuelóleo + agua).

Características Básicas

• Diseño acorde a la cámara de combustión.
• Margen de regulación adecuado (1:n).
• Potencia.
• Control de la geometría y forma de la llama.
• Estabilidad de la llama (turbulencia, precalentamiento del aire).

Quemadores Gaseosos

Proporcionan la llama con estabilidad, potencia y temperatura adecuadas. Facilitan la mezcla gas-comburente en la proporción, velocidad y caudal correctos.

Características Básicas:

• Valor de conexión (caudal máximo).
• Proporción de regulación.
• Presión de gas y aire.
• Velocidad de salida.
• Seguridad de retroceso de llama.

Tipos:

• Llama de difusión: Gas y aire entran de forma independiente, mezclándose por difusión turbulenta.
• Premezclado parcial: Premezcla previa a la entrada en la cámara, completándose luego el aire.
• Premezclado total: Gas y aire se mezclan completamente antes de la combustión.